Sobretensões nas linhas elétricas de baixa tensão?

Sobretensões nas linhas elétricas de baixa tensão?
A principal causa das "queimas" de equipamentos eletro-eletrônicos são as pertubações normalmente existentes na rede elétrica,
notadamente as sobretensões transitórias.
Estas sobretensões nas linhas elétricas de baixa tensão, são provocadas tanto por "faltas" em outra instalação e ou linha de tensão
mais elevada quanto por chaveamentos de cargas elétricas ou ainda por descargas atmosféricas (raios).
As descargas atmosféricas apresentam um alto poder destrutivo, dada a intensidade da corrente do raio (2 a 200KA), apesar do
seu reduzido tempo de duração, cujo período crítico está na faixa de dezenas de microsegundos.
Entretanto só uma parcela da energia disponível no raio é que irá atingir as diferentes unidades consumidoras da rede de baixa
tensão: residências, escolas, hospitais, indústrias, estações de telecomunicações, escritórios, etc.
Do ponto de vista da avaliação dos efeitos dos raios sobre os sistemas de energia existem duas situações principais a considerar:
Primeira situação
Incidência direta (descarga direta): ao atingir diretamente as
instalações e ou a rede elétrica a descarga se propaga
estabelecendo valores elevados de sobretensão nos diferentes
circuitos de distribuição em função da impedância dos
caminhos percorridos; e
Segunda situação
Incidência próxima (descarga indireta): quando a descarga atinge as
proximidades de uma instalação e ou rede elétrica, a existência
de diferentes formas de acoplamento (resistivo, indutivo ou
capacitivo) permite que parte da energia do raio seja transferida
para as instalações e ou rede elétrica ocasionando surgimento
de sobretensões nos diferentes circuitos de distribuição.
A grande maioria de sobretensões geradas por raios são ocasionadas por descargas indiretas.
Cabe destacar ainda que centenas de sobretensões de baixa amplitude ocorrem diariamente nas instalações elétricas de baixa tensão. Os
chaveamentos (ligar e ou desligar) de lâmpadas, bombas, copiadoras, máquinas de solda, raio-x, geradores de energia, etc., geram
sobretensões que embora não rompam o isolamento de equipamentos sensíveis, estressa-os reduzindo-lhes a vida útil.
As sobretensões em linhas elétricas de baixa tensão não devem comprometer a segurança das pessoas, nem a integridade das próprias
instalações e de seus equipamentos. Tendo-se em consideração a impossibilidade de se prever e atuar sobre todas as fontes e formas de
acoplamento de sobretensões nos circuitos de baixa tensão, torna-se imprescindível a utilização de dispositivos de proteção contra
sobretensões transitórias (DPST).
Portanto, o dimensionamento de DPST, tal como preconiza a Norma Brasileira NBR 5410, deve levar em consideração os seguintes fatores
relevantes:
•As eventuais proteções contra sobretensões existentes à montante;
•A categoria dos equipamentos e os níveis de tensão suportável (2,5 kV para os circuitos de distribuição e terminais e 1,5 kV para aparelhos
eletrodomésticos e eletroprofissionais por exemplo);
•A amplitude e a forma de onda da corrente associada à sobretensão; e
•A prevenção de explosão do protetor ou o princípio de incêndio devido à sobrecorrentes e ou sobreaquecimento.
O grande desafio da Clamper ao longo dos anos tem sido o desenvolvimento de DPST, os mais apropriados às condições reais existentes no
Brasil, tais como a utilização de sistemas de distribuição multiaterrado, a predominância do esquema TN-C e em rede aérea, e a elevada
densidade de raios.
Para este efeito a Clamper desenvolve pesquisas próprias e se apoia em outros estudos efetuados por instituições de pesquisa e
desenvolvimento.
Estas pesquisas indicam que nas áreas urbanas com relação à
definição dos valores de corrente que finalmente atingem uma
unidade consumidora em baixa tensão, o valor mediano da corrente
de surto é de 1,2KA e que em apenas 15% as correntes excederiam 5KA
sendo que a probabilidade de ocorrência de uma corrente com valor
superior a 25KA na entrada do consumidor numa localidade com alta
incidência de raios (Ng=7,5) é de uma ocorrência a cada 4115 anos.
Reforça estas conclusões a recomendação da ABNT, através da Norma
Brasileira NBR 5410 - Instalações Elétricas de Baixa Tensão, ítens 5.4, 6.3.5
e especificamente 6.3.5.4, para a utilização de dispositivos de
proteção com corrente nominal de 10 KA.
A caracterização da onda de corrente solicitante junto ao consumidor
em termos de sua forma de onda, representando a ocorrência dos
i n ú m e r o s f e n ô m e n o s o b s e r v a d o s n a r e d e e l é t r i c a, é
internacionalmente padronizada como uma onda que necessita de 8
microsegundos para atingir o valor máximo diminuindo em 20
microsegundos a metade
(ref. IEEE C6241, IEEE C6234, IEEE C6245, IEC 61643-1, IEC 61000-4-5, UL
1449 e etc.).
I Max.
Figura: Curva 8/20µs.
0,5 I Max
8 s
20 s
O desempenho dos DPST da Clamper são especificados para
diferentes níveis de intensidade de corrente (8 a 80KA) com
forma de onda 8/20m s além de outras características
relevantes para responder as diferentes necessidades de
aplicação em áreas urbanas ou rurais.
t
A solução ideal.
Como elemento ideal de proteção nesta aplicação a Clamper adotou o Varistor de Óxido de Zinco. Este resistor cerâmico não linear, cuja
resistência varia com a tensão aplicada sobre seus terminais oferece proteção, limitando as tensões e absorvendo energia. Devido a esta
característica V/I (Figura A), o tempo de resposta deste elemento de proteção é da ordem de 1 nanosegundo. A Clamper utiliza varistores que
se apresentam em forma de disco com capacidade máxima de 8 KA (8/20m s) ou em forma de bloco com capacidade máxima de 40KA
(8/20m s).
As curvas do varistor permitem determinar não somente sua capacidade e nível de
proteção, como também sua vida útil. Analisando a "Curva de Vida Útil” do varistor tipo
bloco utilizado no Pára-raios Eletrônico modelo VCL 275V 40KA, verifica-se que este
varistor 40kA
varistor 8kA
produto pode suportar tanto 1.000 aplicações de um pulso de corrente de 2KA, quanto
20 aplicações de 15KA ou ainda um pulso máximo de 40KA, todos com duração de
20 microsegundos (Figura B).
O Pára-raios Eletrônico Clamper é um dispositivo de proteção contra sobretensões
transitórias (DPST) monopolar, composto por varistor de óxido de zinco associado a um
dispositivo térmico de segurança, que atua tanto por sobrecorrente quanto por
sobretemperatura, desconectando o varistor da rede no caso de fim de vida útil ou se
eventualmente o DPST for submetido a distúrbios acima de sua capacidade ou se
houver acidentes na rede elétrica. Possui ainda sinalização luminosa e bicolor através
de LED, que se apresenta verde indicando "em serviço" e "vermelho" indicando a
desconexão do elemento supressor, "fora de serviço", ou apagado quando o DPST
está desenergizado.
Engate
para
garra
Presilha de fixação
em trilho
U
v
A
B
275
275
UN
Figura A
10 -5
10 -3
10 0
Curva V/I do varistor de 275V
10 3
A
10 5
I
Borne de
conexão
Varistor de
Óxido de Zinco
Área para
marcador/
identificador
Dispositivo
térmico de
segurança
Identificação
do estado de
operação
Figura B
Curva de vida útil do varistor de 275V 40KA
Foto ilustrativa
O Pára-raios Eletrônico tem aproximadamente o tamanho de um
disjuntor, peso líquido em torno de 100g, e é encapsulado em caixa
de material termoplástico não propagante à chama de grau de
inflamabilidade V0 de acordo com a UL 94. Pode ser utilizado em
circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos, montando-se uma
peça por fase (como por exemplo, no esquema de aterramento
TN-C), conforme diagrama esquemático abaixo:
Monofásico
Bifásico
L1
L1
L2
L2
PEN
PEN
L1
L1
PEN
PEN
L1
L1
L2
L2
L3
L3
PEN
PEN
É equipado em ambos
os lados com bornes a parafuso para
2
cabos de até 10mm , totalmente isolados para evitar contatos
acidentais, além de área de identificação própria para
acondicionar marcadores. A instalação é facilitada pela sua
concepção mecânica que permite montá-lo com fixação
rápida sobre trilho padronizado de 35 mm (figura1) conforme
norma DIN EN 50022, presente nos quadros de distribuição da
"linha branca" ou nas garras (padrão norte-americano, figura 2)
presente nos quadros de distribuição da "linha preta".
Trifásico
Figura 1
Figura 2
Modelo de uso geral
Monofásico
L1
PEN
Circuito de
sinalização
remota
Bifásico
L1
L2
PEN
Trifásico
L1
L2
L3
PEN
Modelo com dispositivo para sinalização remota
Exemplo de quadro de distribuição trifásico (Sistema TN-C)
Foto ilustrativa
Pára-raios Eletrônico Clamper
De Uso Geral
A especificação de dispositivos de proteção contra sobretensões
transitórias (DPST) deve levar em consideração a coordenação com a
proteção da rede da concessionária de energia. Atualmente diversas
concessionárias brasileiras têm como prática a instalação de pára-raios no
primário e no secundário dos transformadores de seus sistemas de
distribuição multiaterrados. Para a proteção da rede de baixa tensão têm
sido utilizados dispositivos de tensão nominal de 280 e 440V
respectivamente para 127 e 220V entre fase e neutro.
Circuito Elétrico Interno
A utilização de DPST em consumidores em baixa tensão, com tensões
nominais inferiores às utilizadas pelos dispositivos da rede de distribuição
deve ser suportada por um projeto de engenharia que os coordene. O
Pára-raios Eletrônico possui um valor de sobretensão residual inferior a 1,5kV,
estando em acordo com o nível de suportabilidade de sobretensão
transitória presumida na norma brasileira para eletrodomésticos e
eletroprofissionais.
A Clamper recomenda a utilização do modelo de 275V porque dispensa a
coordenação com os pára-raios da rede de distribuição assim como
facilita a coordenação nos casos de 220V (fase/neutro) onde são utilizados
DPST de 440V e, dependendo do comprimento do ramal de entrada e da
distância de instalação do pára-raios à residência, também dispensa a
coordenação. A utilização do modelo de 275V tanto para sistemas 127V
(fase/neutro) quanto para 220V (fase/neutro) acrescenta mais duas
vantagens, quais sejam:
- Trabalha-se com um ítem de estoque somente; e
- Evita-se a instalação incorreta acidental do dispositivo de 175V em
circuitos de 220V (fase/neutro), o que causaria dano irreparável do produto.
M ODELO
V C L 175 V 8KA
V C L 175 V 40 KA
V C L 175 V 80 KA
V C L 275 V 8KA
V C L 275 V 40 KA
V C L 275 V 80 KA
V C L 440 V 8KA
V C L 440 V 40 KA
V C L 440 V 80 KA
14
3.25
45
11.5
11.5
14
9
4
68
38.65
6.8
8.35
2.4
1
2.5
8
25
5
8
35.5
25.5
3.35
5
96
1.15
Desenho Mecânico
25
TENSÃO
N O M IN A L D E
O PE R A Ç Ã O *
TENSÃO DE
O PE R A Ç Ã O
C O N T ÍN U A
M Á X IM A
CO RRENTE D E
S URT O
N O M IN A L (8 /20 )
CO RREN TE
M Á X IM A D E
S UR T O (8/20 )
1 A P L ICA Ç ÃO
TENSÃO DE
R E F E R Ê NC IA
D O V A R IS T O R
(1 m A )
VN
VC
IS N
IM Á X
W MÁX
Vv
127 V
127 V
127 V
127 /2 20 V
127 /2 20 V
127 /2 20 V
220 /2 54 V
220 /2 54 V
220 /2 54 V
175 V
175 V
175 V
275 V
275 V
275 V
440 V
440 V
440 V
3 KA
15 KA
30 KA
3 KA
15 KA
30 KA
3 KA
15 KA
30 KA
8KA
40 KA
80 KA
8KA
40 KA
80 KA
8KA
40 KA
80 KA
98 J
325 J
650 J
151 J
550 J
1100 J
185 J
950 J
1900 J
270 V
270 V
270 V
430 V
430 V
430 V
715 V
715 V
715 V
E N E R G IA
M Á X IM A D O
N ÍVE L D E P R O T E Ç Ã O
TENSÃO RESIDUAL NOS TERMINAIS DO
DISPOSITIVO @ CORRENTE DE SURTO
1,2 KA
< 500 V
< 500 V
< 500 V
< 700 V
< 700 V
< 700 V
< 1,4 kV
< 1,4 kV
< 1,4 kV
VP
5 KA
< 600 V
< 600 V
< 600 V
< 950 V
< 950 V
< 950 V
< 1,7 kV
< 1,7 kV
< 1,7 kV
3KA
< 550 V
< 550 V
< 550 V
< 850 V
< 850 V
< 850 V
< 1 ,6kV
< 1 ,6kV
< 1 ,6kV
10 KA
15 KA
< 680 V
< 680 V
< 750 V
< 750 V
< 1,1 kV
< 1,1 kV
< 1,5 kV
< 1,5 kV
< 1,9 kV
< 1,9 kV
< 2,2 kV
< 2,2 kV
Tolerância de ±10% para a tensão de referência do varistor (Vv) - Faixa de temperatura de operação: -40ºC ... +85ºC - *Tensão nominal de operação medida entre fase e neutro (terra).
OBS: Os modelos de 275V podem ser aplicados tanto em sistemas 127V (fase/neutro) quanto em sistemas 220V (fase/neutro), portanto cobrem a grande maioria das aplicações.
Os modelos de 175V e 440V também estão disponíveis pela CLAMPER para aplicações onde forem requeridos de acordo com a conveniência e o entendimento do cliente.
Fotos ilustrativas
om Dispositivo para Sinalização Remota
Adicionalmente à sinalização local através de LED bicolor, a CLAMPER disponibiliza um modelo onde a
sinalização do estado de operação também pode ser feita à distância, através de um contato seco
auxiliar NA (normalmente aberto), na condição de DPST energizado, acoplado a conector a parafuso de
duas posições tipo plug-in. Opcionalmente sob encomenda, o DPST poderá ser fabricado com contato
seco auxiliar NF (normalmente fechado), na condição de DPST energizado. Para estes modelos a tensão
de operação do circuito a ser protegido determinará o modelo do DPST com contato auxiliar (vide tabela
de características).
M O DELO
TENSÃO
N O M IN A L D E
O PE R A Ç Ã O *
VN
V C L 175
V C L 175
V C L 275
V C L 275
V C L 275
V C L 275
V C L 440
V C L 440
V C L 440
V C L 440
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
40 KA /S R /1 2 7 V
80 KA /S R /1 2 7 V
40 KA /S R /1 2 7 V
40 KA /S R /2 2 0 V
80 KA /S R /1 2 7 V
80 KA /S R /2 2 0 V
40 KA /S R /2 2 0 V
40 KA /S R /2 5 4 V
80 KA /S R /2 2 0 V
80 KA /S R /2 5 4 V
127 V
127 V
127 V
220 V
127 V
220 V
220 V
254 V
220 V
254 V
Circuito Elétrico Interno
* Tensão nominal de operação medida entre fase e neutro (terra)
Especificações máximas do contato para sinalização remota:
AC: 250V / 7A
DC: 250V / 1,5A
120V / 10A
24V / 10A
14
3.25
11.5
45
11.5
14
9
4
68
38.65
6.8
12
Neste caso, independente de utilizarmos modelos de 175V, 275V, 440V e nas várias
versões de capacidade energéticas, devemos observar com cuidado a tensão de
operação do circuito elétrico onde o DPST vai ser instalado, pois se usarmos o modelo
VCL 275V 40KA/SR/127V em um circuito com tensão de 220 Volts (fase/neutro), o
dispositivo de sinalização será danificado e, se utilizarmos o modelo VCL 275V
40KA/SR/220V em circuito com tensão de 127 Volts (fase/neutro), o dispositivo de
sinalização não atuará.
8.35
2.4
8
5
8
13
10
25
35.5
25.5
5
96
1
2.5
3.35
1.15
Desenho Mecânico
25
Para Proteção Neutro/PE
O Pára-raios Eletrônico Clamper pode ser instalado nos esquemas
mais utilizados, previstos na norma brasileira, tais como TN-C, TNS, TN-C-S e TT. Esta instalação pode ser feita em circuitos
monofásicos, bifásicos e trifásicos, montando-se uma peça por
fase e outra para o neutro, quando necessário.
Foto ilustrativa
No caso de instalações elétricas nos
esquemas de aterramento TT e TN-S
(quando o terminal de aterramento
principal distar mais de 10 m do local de
instalação do Pára-raios Eletrônico), o
condutor de neutro necessitará de
proteção em relação a referência de
aterramento principal. Para esta
aplicação a CLAMPER disponibiliza o
modelo VCL N/PE.
OBS: Dispositivo passível de definição de
parâmetros em função de aplicações
específicas. Consultar a fábrica.
Diagramas de Aplicação
Nos esquemas TN, de acordo com a NBR 5410, quando a
origem efetiva da instalação distar mais de 10 metros da origem
formal da mesma, estando fora da zona de influência da ligação
e q u i p o t e n c i a l p r i n c i p a l, d e v e - s e f a z e r u m a n o v a
equipotencialização entre PE e N ou instalar uma proteção entre o
N e o PE, para que se promova uma otimização da ação dos
protetores instalados neste circuito.
TN-C
Quadro de entrada principal
Padrão de entrada de energia
L1
L2
L3
PEN
NOTA 2
PEN
Distância
maior que
10 metros
NOTA 1
Esquema de aterramento TN-C-S: As funções de neutro e de
condutor de proteção são combinadas em um único condutor
em uma parte da instalação.
Massas
TAP (Terminal de
Aterramento Principal)
Aterramento de
Alimentação
Esquema de aterramento TN-S: O condutor neutro e o condutor
de proteção são separados ao longo de toda a instalação, após
a origem.
Esquema de aterramento TT: possui um ponto da alimentação
diretamente aterrado, estando as massas da instalação ligadas a
eletrodos de aterramento eletricamente distintos do eletrodo de
aterramento da alimentação.
TN-C-S
Quadro de entrada principal
Padrão de entrada de energia
L1
L2
L3
PEN
N
PE
NOTA 2
O Pára-Raios Eletrônico deve ser instalado depois do dispositivo de
seccionamento geral, mas antes do dispositivo interruptor
diferencial residual (DR), no caso da existência deste.
Distância
maior que
10 metros
NOTA 1
Massas
Aterramento de
Alimentação
NOTA 1: De acordo com o ítem 5.4.3.2 da NBR 5410, em
instalações alimentadas por rede de distribuição em baixa
tensão, situadas em zonas expostas a raios, devem ser instalados,
na origem da instalação dispositivos adequados de proteção
contra sobretensões. Neste caso, utiliza-se o próprio quadro do
padrão de entrada de energia, quando permitido, ou a caixa de
passagem mais próxima.
TAP (Terminal de
Aterramento Principal)
TN-S
Quadro de entrada principal
Padrão de entrada de energia
L1
L2
L3
PEN
N
PE
NOTA 2
Distância
maior que
10 metros
NOTA 1
Massas
Aterramento de
Alimentação
TAP (Terminal de
Aterramento Principal)
Quadro de entrada principal
L1
L2
L3
N
N
PE
Distância
maior que
10 metros
NOTA 1
Massas
TAP (Terminal de
Aterramento Principal)
NOTA 2: Quando existir um quadro secundário e este distar mais
de 10 metros do quadro de entrada principal, recomenda-se que
nele também sejam instalados dispositivos de proteção contra
sobretensões pois é recomendável que a proteção seja instalada
o mais próximo possível dos equipamentos a serem protegidos.
ACESSÓRIOS
Os Pára-Raios Eletrônicos e seus acessórios podem
ser encontrados nas lojas de material elétrico. Visite
nosso site www.clamper.com.br e conheça nossos
principais pontos de venda e nossa linha residencial
e profissional de protetores contra sobretensões
transitórias elétricas.
TT
Padrão de entrada de energia
Aterramento de
Alimentação
Esquema de aterramento TN-C: As funções de neutro e de
condutor de proteção são combinadas em um único condutor
ao longo de toda a instalação.
NOTA 2
A Clamper está sempre atenta às inovações tecnológicas e à
qualidade dos seus produtos, por isso, as especificações técnicas
estão sujeitas a alterações sem prévia comunicação.